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BIOGRAFIEN GROSSER WISSENSCHAFTLER
Kepler Johann. Biographie eines Wissenschaftlers
Verzeichnis / Biografien großer Wissenschaftler
Kurz nach dem Tod Kopernikus Auf der Grundlage seines Weltsystems erstellten Astronomen Tabellen von Planetenbewegungen. Diese Tabellen stimmten besser mit den Beobachtungen überein als die vorherigen Tabellen, die nach Ptolemäus erstellt wurden. Aber nach einiger Zeit entdeckten Astronomen eine Diskrepanz zwischen diesen Tabellen und Beobachtungsdaten über die Bewegung von Himmelskörpern. Für fortgeschrittene Wissenschaftler war klar, dass die Lehren von Copernicus richtig waren, aber es war notwendig, tiefer zu forschen und die Gesetze der Planetenbewegung herauszufinden. Dieses Problem wurde vom großen deutschen Wissenschaftler Kepler gelöst. Johannes Kepler wurde am 27. Dezember 1571 in der Kleinstadt Weil der Stadt bei Stuttgart geboren. Kepler wurde in eine arme Familie hineingeboren und schaffte es daher nur mit Mühe, die Schule zu beenden und 1589 an die Universität Tübingen zu gehen. Hier studierte er mit Begeisterung Mathematik und Astronomie. Sein Lehrer Professor Mestlin war insgeheim ein Anhänger von Kopernikus. Natürlich unterrichtete Mestlin an der Universität Astronomie nach Ptolemäus, aber zu Hause führte er seinen Studenten in die Grundlagen der neuen Lehre ein. Und bald wurde Kepler ein glühender und entschiedener Anhänger der kopernikanischen Theorie. Im Gegensatz zu Mästlin verbarg Kepler seine Ansichten und Überzeugungen nicht. Die offene Propaganda der Lehren des Kopernikus brachte ihm sehr bald den Hass der örtlichen Theologen ein. Noch vor seinem Universitätsabschluss wurde Johann 1594 als Mathematiklehrer an eine evangelische Schule in die Stadt Graz, die Hauptstadt des österreichischen Bundeslandes Steiermark, entsandt. Bereits 1596 veröffentlichte er The Cosmographic Secret, wo er unter Annahme von Copernicus Schlussfolgerung über die zentrale Position der Sonne im Planetensystem versucht, einen Zusammenhang zwischen den Abständen der Planetenbahnen und den Radien der Sphären zu finden, in denen regelmäßig Polyeder werden in einer bestimmten Reihenfolge eingeschrieben und um die herum beschrieben. Trotz der Tatsache, dass dieses Werk von Kepler immer noch ein Muster scholastischer, quasi-wissenschaftlicher Raffinesse war, brachte es dem Autor Ruhm ein. Der berühmte dänische Astronom und Beobachter Tycho Brahe, der dem Plan selbst skeptisch gegenüberstand, würdigte die Unabhängigkeit des jungen Wissenschaftlers, sein Wissen über Astronomie, sein Geschick und seine Ausdauer bei Berechnungen und äußerte den Wunsch, ihn zu treffen. Das später stattfindende Treffen war für die weitere Entwicklung der Astronomie von herausragender Bedeutung. 1600 bot Brahe, der in Prag ankam, Johann eine Stelle als sein Assistent für Himmelsbeobachtungen und astronomische Berechnungen an. Kurz zuvor musste Brahe seine Heimat Dänemark und das dort errichtete Observatorium, in dem er ein Vierteljahrhundert lang astronomische Beobachtungen durchführte, verlassen. Dieses Observatorium war mit den besten Messgeräten ausgestattet, und Brahe selbst war ein äußerst geschickter Beobachter. Als der dänische König Brahe die Mittel für den Unterhalt der Sternwarte entzog, ging er nach Prag. Brahe interessierte sich sehr für die Lehren von Copernicus, aber er war kein Anhänger. Er brachte seine Erklärung der Struktur der Welt vor; er erkannte die Planeten als Trabanten der Sonne und betrachtete Sonne, Mond und Sterne als um die Erde kreisende Körper, hinter denen somit die Position des Zentrums des gesamten Universums erhalten blieb. Brahe arbeitete nicht lange mit Kepler zusammen: Er starb 1601. Nach seinem Tod begann Kepler, die verbliebenen Materialien mit Daten aus astronomischen Langzeitbeobachtungen zu untersuchen. Bei der Arbeit an ihnen, insbesondere an Materialien über die Bewegung des Mars, machte Kepler eine bemerkenswerte Entdeckung: Er leitete die Gesetze der Planetenbewegung ab, die zur Grundlage der theoretischen Astronomie wurden. Die Philosophen des antiken Griechenlands hielten den Kreis für die perfekteste geometrische Form. Und wenn ja, dann sollten auch die Planeten ihre Umläufe nur in regelmäßigen Kreisen (Kreise) machen Kepler kam zu dem Schluss, dass die seit der Antike etablierte Meinung über die Kreisform der Planetenbahnen falsch sei. Durch Berechnungen bewies er, dass sich die Planeten nicht im Kreis bewegen, sondern in Ellipsen - geschlossenen Kurven, deren Form sich etwas von einem Kreis unterscheidet. Bei der Lösung dieses Problems sah sich Kepler einem Fall gegenüber, der im Allgemeinen nicht mit den Methoden der Konstantenmathematik gelöst werden konnte. Die Angelegenheit wurde auf die Berechnung der Fläche des Sektors des exzentrischen Kreises reduziert. Überträgt man dieses Problem in die moderne mathematische Sprache, so erhält man ein elliptisches Integral. Natürlich konnte Kepler das Problem nicht in Quadraturen lösen, aber er zog sich vor den auftretenden Schwierigkeiten nicht zurück und löste das Problem, indem er eine unendlich große Anzahl von "aktualisierten" Infinitesimalen summierte. Dieser Ansatz zur Lösung eines wichtigen und komplexen praktischen Problems stellte in der Neuzeit den ersten Schritt in der Vorgeschichte der mathematischen Analyse dar. Keplers erstes Gesetz legt nahe, dass die Sonne nicht im Mittelpunkt der Ellipse steht, sondern an einem speziellen Punkt, der als Brennpunkt bezeichnet wird. Daraus folgt, dass die Entfernung des Planeten von der Sonne nicht immer gleich ist. Kepler fand heraus, dass die Geschwindigkeit, mit der sich ein Planet um die Sonne bewegt, ebenfalls nicht immer gleich ist: Nähert man sich der Sonne nähert sich der Planet schneller, bewegt er sich langsamer von ihr weg. Dieses Merkmal in der Bewegung der Planeten bildet das zweite Gesetz von Kepler. Gleichzeitig entwickelt Kepler einen grundlegend neuen mathematischen Apparat und leistet damit einen wichtigen Schritt in der Entwicklung der Mathematik der Variablen. Beide Kepler-Gesetze sind seit 1609 Eigentum der Wissenschaft geworden, als seine berühmte "Neue Astronomie" veröffentlicht wurde - eine Darstellung der Grundlagen der neuen Himmelsmechanik. Die Veröffentlichung dieses bemerkenswerten Werks erregte jedoch nicht sofort die gebührende Aufmerksamkeit: Selbst der große Galileo akzeptierte Keplers Gesetze offenbar bis zum Ende seiner Tage nicht. Die Bedürfnisse der Astronomie stimulierten die Weiterentwicklung der Rechenwerkzeuge der Mathematik und ihre Popularisierung. 1615 veröffentlichte Kepler ein relativ kleines, aber sehr umfangreiches Buch – „The New Stereometry of Wine Barrels“, in dem er seine Integrationsmethoden weiterentwickelte und anwendete, um die Volumina von mehr als 90 teilweise recht komplexen Rotationskörpern zu finden . An gleicher Stelle befasste er sich auch mit Extremalproblemen, was zu einem weiteren Zweig der Mathematik der Infinitesimalzahlen führte – der Differentialrechnung. Die Notwendigkeit, die Mittel astronomischer Berechnungen zu verbessern, die Zusammenstellung von Tabellen der Planetenbewegungen auf der Grundlage des kopernikanischen Systems, zog Kepler zu Fragen der Theorie und Praxis von Logarithmen an. Inspiriert von der Arbeit von Napier, baute Kepler unabhängig die Theorie der Logarithmen auf rein arithmetischer Basis auf und erstellte mit ihrer Hilfe logarithmische Tabellen, die Nepers ähnlich, aber genauer sind, erstmals 1624 veröffentlicht und bis 1700 erneut veröffentlicht. Kepler verwendete als erster logarithmische Berechnungen in der Astronomie. Die „Rudolphin-Tabellen“ der Planetenbewegungen konnte er nur dank einer neuen Rechenmethode vervollständigen. Das Interesse des Wissenschaftlers an Kurven zweiter Ordnung und an den Problemen der astronomischen Optik veranlasste ihn, ein allgemeines Kontinuitätsprinzip zu entwickeln - eine Art heuristische Technik, mit der Sie die Eigenschaften eines Objekts aus den Eigenschaften eines anderen ermitteln können, wenn die erste erhält man, indem man von der zweiten bis zur Grenze geht. In dem Buch „Ergänzungen zu Vitellius oder der optische Teil der Astronomie“ (1604) interpretiert Kepler beim Studium von Kegelschnitten die Parabel als Hyperbel oder Ellipse mit unendlich weit entferntem Fokus – dies ist der erste Fall in der Geschichte der Mathematik Anwendung des allgemeinen Kontinuitätsprinzips. Mit der Einführung des Konzepts eines Punktes im Unendlichen machte Kepler einen wichtigen Schritt zur Schaffung eines weiteren Zweigs der Mathematik - der projektiven Geometrie. Keplers ganzes Leben war dem offenen Kampf für die Lehre des Kopernikus gewidmet. 1617-1621, auf dem Höhepunkt des Dreißigjährigen Krieges, als das Buch Kopernikus bereits auf der „Liste der verbotenen Bücher“ des Vatikans stand und der Wissenschaftler selbst eine besonders schwierige Zeit in seinem Leben durchmachte, veröffentlicht er „ Aufsätze zur kopernikanischen Astronomie“ in drei Heften mit insgesamt etwa 1000 Seiten. Der Titel des Buches gibt seinen Inhalt ungenau wieder - die Sonne nimmt dort den von Kopernikus angegebenen Platz ein, und die kurz zuvor von Galilei entdeckten Planeten, der Mond und die Trabanten des Jupiter kreisen nach den von Kepler entdeckten Gesetzen. Es war in der Tat das erste Lehrbuch der neuen Astronomie, und es wurde während eines besonders erbitterten Kampfes der Kirche mit der revolutionären Lehre herausgegeben, als Keplers Lehrer Mestlin, ein überzeugter Kopernikaner, ein Lehrbuch über die Astronomie des Ptolemäus veröffentlichte! In denselben Jahren veröffentlichte Kepler auch „The Harmony of the World“, in dem er das dritte Gesetz der Planetenbewegungen formuliert. Der Wissenschaftler stellte eine strenge Beziehung zwischen der Umlaufzeit der Planeten und ihrer Entfernung von der Sonne her. Es stellte sich heraus, dass die Quadrate der Umlaufzeiten zweier beliebiger Planeten wie die Kubikzahl ihrer durchschnittlichen Entfernungen von der Sonne zueinander in Beziehung stehen. Dies ist Keplers drittes Gesetz. Seit vielen Jahren arbeitet er an der Erstellung neuer Planetentafeln, die 1627 unter dem Titel „Rudolphin-Tafeln“ veröffentlicht wurden und viele Jahre das Nachschlagewerk der Astronomen waren. Kepler hat auch wichtige Ergebnisse in anderen Wissenschaften, insbesondere in der Optik. Das von ihm bereits um 1640 entwickelte optische Schema des Refraktors wurde zum wichtigsten bei astronomischen Beobachtungen. Keplers Arbeit zur Schaffung der Himmelsmechanik spielte eine wichtige Rolle bei der Anerkennung und Entwicklung der Lehren von Copernicus. Er bereitete den Boden für weitere Forschungen, insbesondere für Newtons Entdeckung des Gesetzes der universellen Gravitation. Die Keplerschen Gesetze behalten nach wie vor ihre Bedeutung: Wissenschaftler haben gelernt, die Wechselwirkung von Himmelskörpern zu berücksichtigen, und berechnen damit nicht nur die Bewegungen natürlicher, sondern vor allem auch künstlicher Himmelskörper wie Raumschiffe, die Zeugen der Entstehung sind und Verbesserung, von der unsere Generation ist. Die Entdeckung der Gesetze der planetaren Zirkulation erforderte vom Wissenschaftler viele Jahre harter und harter Arbeit. Kepler, der sowohl von den katholischen Herrschern, denen er diente, als auch von Glaubensbrüdern – Lutheranern – verfolgt wurde, deren Dogmen er nicht alle akzeptieren konnte, muss viel bewegen. Prag, Linz, Ulm, Sagan - eine unvollständige Liste der Städte, in denen er wirkte. Kepler beschäftigte sich nicht nur mit dem Studium der Umlaufbahn der Planeten, er interessierte sich auch für andere Fragen der Astronomie. Kometen erregten besonders seine Aufmerksamkeit. Als Kepler bemerkte, dass sich die Schweife von Kometen immer von der Sonne abwenden, vermutete er, dass die Schweife unter der Einwirkung von Sonnenlicht entstanden. Damals war noch nichts über die Natur der Sonnenstrahlung und den Aufbau von Kometen bekannt. Erst in der zweiten Hälfte des XNUMX. Jahrhunderts und im XNUMX. Jahrhundert wurde festgestellt, dass die Entstehung von Kometenschweifen wirklich mit der Strahlung der Sonne zusammenhängt. Der Wissenschaftler starb am 15. November 1630 während einer Reise nach Regensburg, als er sich vergeblich bemühte, wenigstens einen Teil des Gehalts zu bekommen, das ihm die Reichskasse jahrelang schuldete. Er hat sich große Verdienste um die Entwicklung unseres Wissens über das Sonnensystem erworben. Wissenschaftler nachfolgender Generationen, die die Bedeutung von Keplers Werken zu schätzen wussten, nannten ihn den „Gesetzgeber des Himmels“, da er es war, der die Gesetze herausfand, nach denen die Bewegung der Himmelskörper im Sonnensystem erfolgt. Autor: Samin D. K.
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